Page 188 - 《精细化工》2020年第5期

第 37 卷第 5 期 精 细 化 工 Vol.37, No.5
202 0 年 5 月 FINE CHEMICALS May 2020

油田化学品与油品添加剂
氧化石墨烯封堵龙马溪组泥页岩机理研究

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张 浩 ，张世锋 ，姚 靖 ，许春田 ，吴 波 ，
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万国赋 ，何岩峰 ，陈海群
（1. 常州大学 石油工程学院，江苏 常州 213164；2. 中石化华东石油工程有限公司，江苏 南京
210017；3. 常州大学 石油化工学院，江苏 常州 213164）
摘要：孔隙压力传递是泥页岩井壁失稳的重要原因之一，纳微米尺度氧化石墨烯的应用为泥页岩孔隙封堵提供
了新的途径。针对四川龙马溪组泥页岩，采用扫描电镜（SEM）、氮气吸附等方法表征了其孔隙结构；以改性
Hummers 法制备了平均片层尺寸分布范围为 197.0~969.9 nm 的氧化石墨烯（GO），并通过压力传递实验评价了
其封堵性能；对封堵后泥页岩进行了 SEM 及 X 射线能量色散谱（EDS）表征，探讨了 GO 封堵泥页岩岩心的主
要机理。结果表明，片层尺寸为 969.9 nm、质量分数为 0.1%的 GO 水溶液阻缓压力传递效果最明显，其 1 MPa
压差传递时间为 1000 s，而蒸馏水传递时间为 30 s；GO 呈半透明絮状膜堆叠、覆盖在岩心表面，对岩心纳微米
孔隙进行了充填与封堵。
关键词：氧化石墨烯；压力传递；泥页岩；井壁稳定；纳米材料；油田化学品
中图分类号：TE256 文献标识码：A 文章编号：1003-5214 (2020) 05-1038-07

Mechanism of blocking mud shale on Longmaxi formation by graphene oxide

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ZHANG Hao , ZHANG Shifeng , YAO Jing , XU Chuntian , WU Bo ,
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WAN Guofu , HE Yanfeng , CHEN Haiqun
（1. School of Petroleum Engineering, Changzhou University, Changzhou 213164, Jiangsu, China; 2. SINOPEC
Huadong Petroleum Engineering Co., Ltd., Nanjing 210017, Jiangsu, China; 3. School of Petrochemical Engineering,
Changzhou University, Changzhou 213164, Jiangsu, China）
Abstract: Pore pressure transfer is one of the important mechanisms for the instability of mud shale
wellbore, and nano-micron scale graphene oxide (GO) research provides a new way for pore shale plugging.
The pore structure of Longmaxi formation mud shale in Sichuan province was characterized by scanning
electron microscopy (SEM) and nitrogen adsorption. Graphene oxide with an average slice size range from
197.0 nm to 969.9 nm was prepared by modified Hummers method. Its plugging performance for Longmaxi
formation mud shale was evaluated by pressure transfer experiments. The shale after plugging was
characterized by SEM and X-ray energy dispersive spectroscopy (EDS). The main mechanism of GO
plugging shale core was discussed. The results showed that a aqueous solution with a mass fraction of 0.1%
GO (969.9 nm) had the most obvious effect of resisting pressure transfer. The transfer time of 1 MPa
differential pressure was 1000 s, while that of distilled water was 30 s. GO was a semi-transparent flocculent
film stacked on the surface of the core, filling and sealing the core nano-micron pores.
Key words: graphene oxide; pressure transmission; shale/mudstone; wellbore stability; nanomaterials; oil
field chemicals

[1]
泥页岩地层井壁失稳已成为世界范围内钻井 地出现井壁稳定问题 。目前，钻井液用封堵剂主
[3]
[2]
[4]
工程的难题，超过 90%的泥页岩地层都会不同程度 要有沥青类 、硅酸盐类 、聚合醇类 等，上述

收稿日期：2019-10-30; 定用日期：2020-01-13; DOI: 10.13550/j.jxhg.20191027
基金项目：国家自然科学基金（51572036, 21978026）；江苏省自然科学基金项目（BK20190930）；江苏省教育厅自然科学研究面上项
目（19KJB440003）；中国石油科技创新基金研究项目（2019D-5007-0307）；江苏省研究生实践创新项目（SJCX19_0665）
作者简介：张 浩（1995—），男，硕士生。联系人：陈海群（1970—），男，教授，E-mail：chenhq@cczu.edu.cn。